автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.01, диссертация на тему:Разработка метода геометризации тугоплавких глин на основе анализа изменчивости спекаемости для рациональной их отработки

ВВЕДЕНИЕ 1

1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ. 5

2. ИССЛЕДОВАНИЕ И ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ТУГОПЛАВКИХ И ОГНЕУПОРНЫХ ГЛИН. 11

2.1 Минеральный и химический состав огнеупорных и тугоплавких глин. Классификация и структура. 11

2.2. Анализ изменений, происходящих при нагревании глинистых минералов. 20

2.3. Спекаемость глин. Способы определения химико-минералогического состава глин и его влияние на спекаемость. 24

3. ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ТУГОПЛАВКИХ ГЛИН КУДИНОВО-ГЖЕЛЬСКОЙ ГРУППЫ МЕСТОРОЖДЕНИЙ. 28

3.1. Краткий обзор и история исследований региона. 28

3.2. Геологическое строение месторождений. 34

3.3. Условия залегания и генезис. 41

3.4. Технологические свойства. 53

3.5. Связь спекаемости глин с химико-минералогическим составом. 63

4. ГЕОМЕТРИЗАЦИЯ ГОРНОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ЗАЛЕГАНИЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТУГОПЛАВКИХ ГЛИН КУДИНОВО-ГЖЕЛЬСКОЙ ГРУППЫ МЕСТОРОЖДЕНИЙ. 66

4.1. Общие положения 66

4.2. Методы геометризации месторождений полезных ископаемых. 67

4.3. Математические модели размещения показателей в недрах. 71

4.4. Выбор горно-геологических и технологических показателей для моделирования. 74

4.5. Статистический анализ горно-геологических условий на месторождениях тугоплавких глин Кудиново - Гжельской группы. 75

4.6. Построение геометрических моделей горно-геологических условий месторождений тугоплавких глин.

4.7. Построение геометрических моделей размещения технологических свойств тугоплавких глин. 87

4.8. Оценка изменчивости показателя водопоглощения по геометрическим моделям. 89

4.9. Кластерный анализ и типизация месторождений тугоплавких глин Кудиново-Гжельской группы. 110

5. УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ТУГОПЛАВКИХ ГЛИН. 118

5.1. Общие сведения. 118

5.2. Математические модели управления качеством тугоплавких глин. 121

5.3 Разработка математических моделей формирования качества гли-нопотока. 123

5.4. Методы анализа временных рядов глинопотоков. 125

5.5. Построение прогнозных динамических рядов качества глинопотоков при планировании отработки блока CrVII Призаводского месторождения методом иттераций.

5.6 Анализ и оценка статистических характеристик качества глин в потоках при отработке блока C1-VII Призаводского месторождения.127

Вхождение в систему мировой экономики предприятий керамической промышленности требует непрерывного повышения производительности работ и качества выпускаемой продукции, которые призваны обеспечить её высокую конкурентоспособность на внешнем и внутреннем рынках. Основное внимание здесь должно уделяться процессам переработки сырья по всем технологическим цепочкам, начиная от забоев экскаваторов и до получения конечной продукции.

Большое значение в решении этой задачи имеет комплекс организационных, технических и технологических мероприятий по подготовке сырья керамической промышленности - глины в карьере. Сложность управления качеством глины в карьере обусловлена значительной изменчивостью геологических условий её залегания, распределения полезных компонентов в ней, а так же стохастическим характером протекания процессов её добычи. Причем, одним из основных показателей качества глин, по которому судят об их применении является спекаемость. Возможность прогнозирования и снижение уровня колебаний качества глины по спекаемости позволяет уменьшить потери от брака, увеличить выход годной продукции, снизить расход топлива и электроэнергии и, как следствие повысить экономическую эффективность.

Известные методы геометризации месторождений полезных ископаемых не позволяют достаточно надежно оценивать параметры размещения глин разного качества (спекаемости).

Поэтому разработка методики геометризации месторождений тугоплавких глин по спекаемости является актуальной научной задачей.

Цель работы состоит в установлении влияния спекаемости тугоплавких глин от их химико-минералогического состава для разработки методики геометризации месторождений этих глин, позволяющей определять наиболее рациональное ведение добычных работ.

Основная идея работы заключается в использовании установленных зависимостей между качеством минерального сырья и химико-минералогическим составом для разработки рациональных методов геометризации месторождений тугоплавких глин по их спекаемости.

На защиту выносится следующие основные научные положения, разработанные лично соискателем:

1. Впервые разработан показатель, характеризующий спекаемость глин, равный отношению объема (%) глинистых минералов к объему (%) свободного кварца, при этом для определения во-допоглощения обожженных глин, которое характеризует спекаемость, используется зависимость:

W = 2МХ1 -19.56Х + 36.2,

У^ гл.м где Х = ^-;

Si02ce

2. Впервые установлены, закономерности снижения водопогло-щения и ее изменчивости с понижением абсолютной высотной отметки кровли подстилающих полезную толщу горных пород, при этом водопоглощение снижается почти по линейному закону, а изменчивость - по гиперболическому.

3. Впервые предложены типизация Кудиново-Гжельских месторождений тугоплавких глин по изменчивости показателя водо-поглощения, позволяющая разделять месторождения на три группы и различные технологии добычи сырья.

Обоснованность и достоверность научных положений подтвержда

- удовлетворительной сходимостью расчета показателя спекаемо-сти по установленным зависимостям путем с результатами натурных измерений, проводимых в лабораториях Кудиновского комбината керамических изделий (погрешность составляет 5-10%);

- удовлетворительной сходимостью результатов прогнозирования величины показателя спекаемости и его изменчивости с фактическими результатами геометризации Призаводского, Тимоховского, Власово-Губинского месторождений ( погрешность составляет 5-10 %);

- положительными результатами внедрения методики выбора рационального направления отработки эксплуатационных блоков на Тимо-ховском и Призаводском месторождениях.

Научное значение работы заключается в установлении закономерностей пространственного размещения и изменчивости качественных показателей Кудиново-Гжельских глин, позволяющей повышать уровень горногеометрического обеспечения и рационального освоения месторождений тугоплавких глин.

Практическая ценность работы заключается в разработке методики и способов управления качеством потоков минерального сырья при отработке месторождений тугоплавких глин позволяющих определять рациональные направления добычных работ.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Рекомендации по прогнозированию и стабилизации качественных показателей глины использованы при планировании горных работ на Призаводском месторождении карьера ОАО КККИ и Тимоховском месторождении Москворецкого карье-роуправления.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались на научных советах НИИСтройкерамика, технических сове

Основные выводы по работе заключается в следующем: 1. Качество керамической продукции определяется спекаемостью исходного минерального сырья и численно может быть оценено показателем водопоглощения черепка W%, обожженного при температуре 1100 и более градусов. При этом для показателя водопоглощения установлен статистически значимый критерий X, представляющий из себя отношение суммы глинистых минералов к содержанию свободного кварца, который описывается зависимостью:

W = 2.64Х2 -19.56Х + 36.2,

V гл.м где Х = ^-;

Si02ce

2. Установлено, что качественные свойства Кудиново-Гжельских глин с понижением рельефа подстилающих полезную толщу горных пород имеют устойчивую тенденцию к улучшению с одновременным уменьшением коэффициента изменчивости показателя водопоглощения. При понижении рельефа на 12 м на расстоянии в 60 км показатель водопоглощения снизился в 1.38 раза, а изменчивость его размещения в недрах - в 4 раза.

3. Выполненная типизация Кудиново - Гжельских месторождений тугоплавких глин по показателю водопоглощения, применительно к кирпичному производству, позволила разделить их на две группы: спекаемые- показатель водопоглощения до 5% (Влассис

Губинское месторождение) и неспекаемые - показатель водопоглощения более 5% (Призаводское, Колонтаевское и Тимоховское месторождения).По коэффициенту изменчивости размещения показателя водопоглощения в недрах Кудиново-Гжельские месторождения разделяются на: сильноизменчивые - коэффициент изменчивости более 0.20 (Призаводское), изменчивые - коэффициент изменчивости от 0.10 до 0.20 (Колонтаевское) и слабоизменчивые - коэффициент изменчивости менее 0.10 (Тимоховское, Власово-Губинское).

4. Установлено, что при ведении горных работ вдоль изолиний показателя водопоглощения происходит стабилизация статистических и динамических оценок временного ряда качества минерального сырья и обеспечивается возможность селективной выемки и создания запасов глины различной спекаемости для производства различных керамических изделий:

- тонкой керамики (плитки облицовочные);

- специальной керамики (кислотоупорных изделий и канализационных труб);

- грубой керамики (облицовочный кирпич).

В свою очередь ведение горных работ вкрест изолиний показателя водопоглощения обеспечивает предварительное усреднение качества минерального сырья непосредственно в процессе горного производства, с последующим его перемешиванием и вылеживанием.

5. Установлено, что при отработке блока Ci-VII Призаводского месторождения тугоплавких глин наиболее стабильным по показателю водопоглощения является направление фронта горных работ близким к 90°, при котором обеспечивается понижение выбросов за нормативный уровень в 2.2 раза по сравнению с наименее благоприятным.

Ш

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В диссертационной работе дано решение актуальной научно-технической задачи - разработке методики геометризации месторождений тугоплавких глин по спекаемости.

1. Августиник А.И. Керамика. — Л.: Стройиздат, 1975.-590 с.

2. Аврамов В.Е., Азбель Е.И., Ефремова Н.И. Планирование эксперимента и прогнозирование качества сырья на горных предприятиях. Новосибирск: Наука, 1979.

3. Анощенко Н.Н. Методическое пособие по геометризации трещиноватости и блочности на месторождениях облицовочного камня. М.: МГИ, 1982.32 с.

4. Бастан П.П., Азбель Е.И., Ключкин Е.И., Теория и практика усреднения руд. М.: Недра, 1979.

5. Бокс Дж., Дженкинс Г. Анализ временных рядов. Прогноз и управление. Вып.1. М.: Мир, 1974.

6. Бондарик Г.К. Основы теории изменчивости инженерно-геологических свойств пород. М.: Недра, 1971.-272 с.

7. Боровский Д.И. Оптимизация извлечения полезных ископаемых из недр на основе эксплуатационной геомеризации рудных месторождений.- Авто-реф. дисс. докт. техн. наук.- М.: МГГУ, 1995.- 31 с.

8. Боровский Д.И., Отгонбилэг Ш. Геолого-маркшейдерские основы оптимизации извлечения полезных ископаемых из недр // Сб.: Проблемы горнопромышленной геологии. М.: МГИ, 1990.

9. Бриндли Г.У. В кн. "Рентгеновские методы изучения и структура глинистых М.: Мир. 70 с.

10. Бриндли У.Ф., Грим Р.Е. "Рентгеновские методы изучения и структура глин и минералов. М.: Мир, 1965.- С 248.11 .Букринский В.А. Геометрия недр. М.: Недра, 1985.-256 с.

11. Бызов В.Ф. Исследование систем и параметров усреднения качества железных руд на карьерах.-Автореф.дисс.докт.техн.наук. М.: МГИ, 1980.

12. Вентцель Е.С., Овчаров JI.A. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. М.: Наука. 1988.- 484 с.

13. Вернадский М.Ф. Очерк по геохимии. М.:ГИЗ, 1927.

14. Викентьев В.А., Воронков В.А., Кушнарев П.И., Ясковский П.П. О свойствах ошибок геометризации.- Изв.ВУЗов "Геология и разведка", 1979, №2.-С.122-128.

15. Галабутская Е.А. Система глина вода. - Львов: Изд. Львовского университета, 1962.- С.211.

16. Геометризация месторождений полезных ископаемых. Под ред. проф., докт.техн.наук Букринского и канд.техн.наук Коробченко Ю.В. М.: Недра,1977.- 376 с.

17. Гличев А.В. Современные проблемы управления качеством продукции. -В кн.: Вопросы управления качеством изделий в машино- и приборостроении. М.: Машиностроение, 1980.

18. Гмурман В.Е. Теория вероятности и математическая статистика. Учеб. пособие для ВТУЗов. М.: Высшая школа, 1977.- 479 с.

19. ГОСТ 15467-79. Качество продукции. Термины.

20. ГОСТ 2642-60. Огнеупорные материалы и изделия. Методы химического анализа.

21. Гриаценко Г.О. и др. Электронная микроскопия минералов. М.: Изд-во АН СССР, 1961.- 75 с.

22. Грим Р.Е. Минералогия глин.- М.: Иностранная литература, 1959.- 452 с.

23. Грим Р.Е. Минералогия и практическое использование глин. M.: Мир, 1967.-510 с.

24. Грум-Гржимайло О.С. Способ определения содержания минералов на примере исследования трошковской глины.- "Стекло и керамика", 1969, №3.-С. 44-46.

25. Гудков B.M., Васильев B.M., Николаев К.П. Прогноз и планирование качества полезного ископаемого. M.: Недра, 1976.

26. Ершов В.В. Геолого-маркшейдерское обеспечение управление качеством руд. M.: Недра, 1986.

27. Ершов В.В. Основы горнопромышленной геологии. M.: Недра, 1988.

28. Зарайский В.Н. Николаев К.П., Казанский К.В. Усреднение руд. М.: Недра, 1975.

29. ЗО.Звягин Б.Б. Электрография и структурная кристаллография глинистых минералов. М.: Наука, 1964.- 126 с.

30. Иванов А.Б. Технологические особенности глин Кудиново-Гжельской группы месторождений. В сб.Промышленность строительных материалов г.Москвы, 1990, №5.-С.8-12.

31. Иванов А.Б. Особенности спекания глин Кудиново-Гжельской группы месторождений. В сб.Промышленность строительных материалов г.Москвы, \99й, №1.-С. 11-14.

32. Измерение качества продукции. Вопросы квалиметрии. Под редакцией А.В.Гличева. М.: Стандарт, 1971.

33. Кайнарский И.С. Процессы технологии огнеупоров. М.: Металлургия, 1966.- 350 с.

34. Кайсл Ч. Анализ рядов гидрогеологических данных. JL: Гидрометеоиздат, 1972.- 138 с.

35. Калинчинко В.М. Теория и методы многомерной геометризации показателей месторождения. Дисс. докт. техн. наук. Новочеркасск: НПИ, 1986.358 с.

36. Келер Э.К., Веселова З.И. Сырьевые материалы.- Огнеупоры, 1951, № 6.-С.200-240.

37. Киселевский Е.В. Разработка метода оценки блочности месторождений строительных горных пород на основе геометризации для рациональной их отработки. Автореф. канд. техн.наук. - М.: МГИ, 1984.- 21 с.

38. Ломоносов Г.Г. Формирование качества руд при открытой разработке. М.: Недра, 1975.

39. Марголин A.M. Оценка запасов минерального сырья. Математические методы. М.: Недра, 1974.- 264 с.

40. Матерон Ж. Основы прикладной геостатистики. М.: Мир, 1968.- 408 с.

41. Мацуо Камацу. Многообразие геометрии. М.: Знание, 1981.- 208 с.

42. Мхиторян B.C. Статистические методы в управлении качеством продукции. М.: Финансы и статистика, 118 с.

43. Никитин В.В. Разработка горно-геометрического метода прогнозирования- Т<-5выхода блоков для рациональной отработке месторождений облицовочного камня. Дисс.канд. .техн. .наук. - М.: МГИ, 1987.- 156 с.

44. Новичихин Ю.Н. Исследование вопросов применения комплексной информационной модели при геометризации месторождений. Дисс.канд. техн. наук. М.: МГИ, 1978.- 201 с.

45. Новожилов М.Г., Райзен Я.Ш., Эрперт A.M. Качество рудного сырья для черной металлургии. М.: Недра, 1977.47.0тгонбилэг Ш. Управление рудной массой. М.: Недра, 1986.- 183 с.

46. Павлов В.Ф. Фазовые превращения при обжиге глин различного химико-минералогического состава.- "Стекло и керамика", 1969, №2.- С.32-35.

47. Павлов В.Ф., Быстриков А.С. Влияние минералогического состава глин на фазовый состав и некоторые свойства кислотоупоров.- Труды Гос. научн.-исслед. ин-та строит, керамики.- М., 1969, №30.- С.81-102.

48. Павлов В.Ф., Быстриков А.С., Андреева Н.И. Исследование глин Кума-ковского месторождения для производства кислотоупоров.- "Стекло и керамика", 1970, №7.- С.33-36.

49. Павлов В.Ф. Фазовые превращения, происходящие при обжиге глин различного минералогического состава и их роль в образовании керамического материала.- Труды Гос. научн.-исслед. ин-та строит, керамики.- М., 1971, №34.- С.88-101.

50. Павлов В.Ф., Быстриков А.С., Андреева Н.И. Влияние добавок K20,Na20,Ca0 на фазовые превращения, происходящие при обжиге глин различного минералогического состава.- "Стекло и керамика", 1970, №2.-С.38-41.

51. Павлов В.Ф., Быстриков А.С., Андреева Н.И. Влияние добавок щелочезе-мельных окислов на сЬазовый состав кеоамических материалов.- Тт/ят>т Гос.• X AW'1научн.-исслед. ин-та строит, керамики.- М., 1971, №33.- С.27-36.

52. Павлов В.Ф. Фазовые превоащения при обжиге глин различного минералогического состава с добавкой смесей щелочных и щелочеземельных оксидов.- Труды Гос. научн.-исслед. ин-та строит, керамики.- М., 1972, №35-36.-С. 177-182.

53. Павлов В.Ф. Влияние щелочных, щелочеземельных окислов и их смесей на именение вязкости керамических масс при их обжиге,- Труды Гос. научн.-исслед. ин-та строит, керамики.- М., 1973, №38.- С.20-26.

54. Петров В.П. Прикладная спектральная теория оценивания. М.: Наука,1982.- 431 с.

55. Петров В.П. Рентгеновские методы изучения и структура глин и минералов. // Труды института геологических наук АН СССР.- вып.95, петрографическая серия 29, 1948.

56. Попов В.Н., Никитин В.В., Иванов А.Б. Типизация месторождений тугоплавких глин по изменчивости технологических свойств. М.:МГТУ, ГИАБ, 1999.-С.70-72.

57. Раевский Л.Г. Анализ сложных систем и элементов теории оптимального управления. М.: Советское радио, 1976.-344 с.

58. Рентгеновские методы изучения и структура глинистых минералов. Под ред. Г. Брауна.- М.: Мир, 1965.- 600 с.

59. Робертсон А. Управление качеством. М.: Прогресс, 1974.

60. Романов В.И. Оптимизационные задачи управления качеством продукции. М.: Статистика, 1979 .- 70 с.

61. Руденко В.В. Геометризация с применением методов исследования операций при разработке полиметаллических месторождений.- Дисс.канд. техн. наук. М.: МГИ, 1978.-143 с.

62. Руденко В.В. Информационные технологии управления качеством руд на основе геометризации месторождений.- Автореф. Дисс. докт. техн. наук. М.: МГГУ, 1996.-37 с.

63. Рыжов П.А. Геометрия недр. М.: Недра, 1964,- 604 с.

64. Снетков В.И. Вопросы геометризации на основе статистического моделирования. Дисс.канд. техн. наук. М.:.МГИ, 1978.-160 с.

65. Соболев B.C. Введение в минералогию силикатов. Львов: Изд. Львовского университета, 1947,- 80 с.

66. Соболевский П.К. Современная горная геометрия. В сб.: "Научные труды МГИ".- М.:МГИ, 1969.- С. 18-64.

67. Справочник по математическим методам в геологии / Д.А. Родионов, Р.И. Коган, А.А. Голубева и др. М.: Недра, 1987.-335 с.

68. Справочник. Открытые горные работы.- // Трубецкой К.Н, Потапов М.Г., Виницкий К.Е., Мельников Н.Н. и др. М.: Горное бюро,1994.- 590 с.

69. Тимофеенко Е.П. Научные основы моделирования и прогнозирования показателей рудных месторождений. Дисс.доки. техн. наук. Орджоникидзе: Сев.-Кав.ГМИ, 1981,264 с.

70. Толеуов Б. Разработка горно-геометрического метода прогнозирования качественных показателей гравийно-песчанных месторождений для рационального их освоения.- Автореф. дисс. канд. техн. наук. M.: МГИ, 1988.- 22 с.

71. Францкий И.В., Базанов Г.А. Математическая статистика и геометризация месторождений. Иркутск, 1975.-250 с.

72. Хенман Э. Анализ временных рядов. М.: Наука, 1964.-340 с.

73. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем: Искусство и наука. M.: Мир, 1978.- 418 с.

74. Щупов Л.П. Математические модели усреднения. М.: Недра, 1978.

75. Soft X-ray microscopy using the synhrotrondiation from the NSRL at Hefey./ Xic X., Jia C., Zhoo Y. Etc// J. Trece and Microprobe Techn.- 1997.- No 4.-P.P.629-634.

76. Prirustky zapasov nerostnych surovin у Rusku.// Uhlirudu geol.pruzk., 1998, No 7.- P.P.231-235.

77. Grosse tonloperstatte erofftiet.// CFJ. Ceram.Forum Jnt.- 1997.- 74, No 7-8. P.P. 335-336.

78. The perfected clay stockpile: bulk clay storage holls/ Lorenz A.// Ziegelind Int.- 1997.- 50, No 5.- P.P. 255-260.

79. The history of clay as on industrial raw material opening new markets./ Heisler W, Sehmidt GM Errmetall.- 1997.-50, No 11.- P.P. 685-688.- l,i ~ ~

80. Where raw materials came from: ball clay from Cleason Mississipi./ Farrell J.P., Boyd P.// Interceram.- 1996.- 45, No 4.- P.P. 414-415.

81. Where raw materials came from: ball clay from Kalimanton Indonesia./ Hum T.// Interceram.- 1997.- 46, No 2.- P.P. 109-111.

82. Where raw materials came from: ball clay from North Devon.// Stentiford M. // Interceram.- 1997.- 46, No 4.- P.P. 414-415.